Инженеры Массачусетского технологического института и Китая разработали пассивную солнечную опреснительную систему, способную обеспечить чистую питьевую воду за счет преобразования морской воды. Эта инновационная концепция, подробно описанная в исследовании, опубликованном в журнале Joule, использует энергию солнца и природные свойства морской воды для испарения воды и отделения соли, имитируя в меньших масштабах термохалинную циркуляцию океана.
Вдохновленные дизайном природы
Ученые, работающие над этим проектом, создали конфигурацию, которая повторяет вихревые потоки, характерные для термохалинной циркуляции океана. Сочетание такой схемы циркуляции с солнечным светом позволяет испарять воду, оставляя соль. Образующийся водяной пар конденсируется, образуя чистую воду, пригодную для питья, а остатки соли выводятся, предотвращая их накопление и засорение внутри устройства.
Превосходство над существующими прототипами
Новая система превосходит все существующие прототипы пассивных солнечных опреснителей как по скорости производства воды, так и по скорости отвода солей. Ленан Чжан, научный сотрудник Лаборатории исследования устройств Массачусетского технологического института, заявил: "Впервые вода, получаемая с помощью солнечного света, может быть даже дешевле водопроводной". Устройство, увеличенное до размеров небольшого чемодана, может производить примерно 4-6 литров питьевой воды в час и работать в течение нескольких лет, прежде чем потребует замены. Такая масштабируемость открывает возможности для обеспечения ежедневных потребностей в воде небольших семей и прибрежных сообществ, не имеющих доступа к морской воде.
Удобное для пользователя опреснение
Конструкция этой системы была усовершенствована по сравнению с предыдущими концепциями, что позволило решить такие проблемы, как кристаллизация соли и засорение, наблюдавшиеся в предыдущих моделях. Благодаря использованию мощной конвекции, подобной той, что наблюдается в океане в километровом масштабе, команде удалось добиться высокой производительности и стабильного отвода солей в течение длительного времени. Сюй, член команды, пояснил: "Теперь мы представляем еще более мощную конвекцию, подобную той, что мы обычно наблюдаем в океане, в километровом масштабе".
Продуманная структурная композиция
В основе этой инновационной разработки лежит одноступенчатая структура, напоминающая тонкую коробку, покрытую материалом, эффективно поглощающим солнечное тепло. Коробка разделена на отсеки, что позволяет воде протекать через верхнюю половину, где слой испарителя, используя солнечное тепло, испаряет воду при контакте с ней. Полученный пар направляется в нижнюю половину и конденсируется в бессолевую жидкость, пригодную для питья, под действием воздушного охлаждения. Испытания нескольких прототипов показали, что масштабированная установка площадью 1 кв. м может производить до 5 л питьевой воды в час и эффективно работать в течение нескольких лет без накопления солей.
Последствия и перспективы опреснения воды
Ян Чжун, аспирант Массачусетского технологического института, подчеркивая потенциальное влияние этого открытия на реальную жизнь, заявил: "Впервые питьевая вода, произведенная с помощью солнечного света, может быть дешевле водопроводной воды. Это открывает возможность использования солнечного опреснения для решения реальных проблем". В условиях, когда нехватка воды становится все более актуальной проблемой во многих регионах мира, инновационная солнечная опреснительная система предлагает устойчивое решение, способное облегчить нагрузку на существующие водные ресурсы.
